CN111511995A - 用于监测机器的可旋转器具的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于监测机器(100)的器具(104)的方法，包括接收与器具(104)相关联的器具参数并基于器具参数确定器具(104)的运动范围(502)。所述方法检测至少一个对象(504)是否位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内，并且显示所述运动范围(502)的视觉表示，所述视觉表示具有指示所述至少一个对象(504)是否位于所述运动范围(502)内的视觉指示。该方法检测器具参数的变化并且基于所检测到的变化来确定更新的运动范围(502’)。此外，该方法确定至少一个对象(504)是否位于该更新的运动范围(502’)内，并且使用更新的视觉指示来显示该更新的运动范围(502’)的视觉表示，该更新的视觉指示指示该至少一个对象(504)是否位于该更新的运动范围(502’)内。

Description

用于监测机器的可旋转器具的方法和系统

技术领域

本发明总体上涉及一种机器的器具。更具体地，本发明涉及一种用于监测机器的器具的方法和系统。

背景技术

已知许多工业机器，例如电绳或电铲具有可绕机器的摆动轴线旋转以在工地执行一个或多个操作的器具。这种机器的操作员需要了解机器周围环境以在工地执行平稳的操作。然而，操作员可以仅直接看到机器的周围环境的一部分，例如从机器的前部和/或后部窗口可见的周围环境。在工地处的机器周围存在多个盲点，这些盲点在机器的操作期间对于操作员可能是不直接可见的。因此，精确控制器具以在工地准确定位器具成为操作员的挑战。

美国专利No.9,030,332(以下称为’332专利)涉及一种用于在重负载设备的操作范围内产生对象的指示的方法、装置和系统。该系统包括围绕该装载设备的周边布置的多个传感器，每个传感器可操作以响应于检测到该传感器的覆盖区域内的对象而生成接近信号。该接近信号包括该传感器与该对象之间的至少近似距离的指示。处理器电路被可操作地配置成限定向外延伸并包围装载设备的外部范围的摆动运动的警告区域。该处理器电路被可操作地配置成用于从多个传感器接收接近信号，处理这些信号以确定该对象相对于该装载设备的位置，并且当该位置落入该警报区域内时发起警报。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于监测机器的器具的方法。该方法包括接收与器具相关联的一个或多个器具参数并且基于该一个或多个器具参数确定器具的运动范围。该方法进一步包括检测至少一个对象是否位于该器具的运动范围内，并且用指示该至少一个对象是否位于该运动范围内的视觉指示来显示该运动范围的视觉表示。此外，该方法包括检测一个或多个器具参数的一个或多个变化并基于该一个或多个变化确定更新的摆动路径。该方法进一步确定至少一个对象是否位于该器具的更新的运动范围内，并且用指示该至少一个对象是否位于该更新的运动范围内的更新的视觉指示来显示该更新的运动范围的视觉表示。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于监测机器的器具的系统。该系统包括一个或多个器具传感器、一个或多个对象检测模块和控制器。该一个或多个器具传感器被配置成用于监测与器具相关联的一个或多个器具参数。该一个或多个对象检测模块被配置成检测邻近该机器的至少一个对象并且生成包括与该至少一个对象相关联的位置数据的信号。该控制器可通信地耦合到该一个或多个器具传感器和该一个或多个对象检测模块。该控制器被配置成接收与器具相关联的一个或多个器具参数并且基于该一个或多个器具参数确定器具的运动范围。该控制器进一步检测至少一个对象是否位于该器具的运动范围内，并且在显示装置上显示该运动范围的视觉表示，该视觉表示具有指示该至少一个对象是否位于该器具104的运动范围内的视觉指示。此外，控制器检测一个或多个器具参数的一个或多个变化，并基于一个或多个变化确定运动的更新范围。该控制器进一步确定至少一个对象是否位于该器具的更新的运动范围内并且用指示该至少一个对象是否位于该更新的运动范围内的更新的视觉指示来显示该更新的运动范围的视觉表示。

在本发明的又一方面，提供了一种机器。该机器包括器具、一个或多个器具传感器、一个或多个对象检测模块以及可通信地耦合到该一个或多个器具传感器和该一个或多个对象检测模块的控制器。该一个或多个器具传感器被配置成用于监测与器具相关联的一个或多个器具参数。该一个或多个对象检测模块被配置成检测邻近该机器的至少一个对象并且生成包括与该至少一个对象相关联的位置数据的信号。该位置数据包括该至少一个对象与该机器之间的距离。该控制器被配置成接收与器具相关联的一个或多个器具参数并且基于该一个或多个器具参数确定器具的运动范围。该控制器进一步使用该一个或多个对象检测模块检测至少一个对象是否位于该器具的运动范围内，并且在显示装置上显示该运动范围的视觉表示，该视觉表示具有指示该至少一个对象是否位于该器具的运动范围内的视觉指示。此外，控制器检测一个或多个器具参数的一个或多个变化，并基于一个或多个变化确定更新的运动范围。该控制器进一步使用该一个或多个对象检测模块确定至少一个对象是否位于该器具的更新的运动范围内，并且用指示该至少一个对象是否位于该器具的更新的运动范围内的更新的视觉指示来显示该更新的运动范围的视觉表示。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的具有器具的示例性机器；

图2示出了根据本发明的实施例的用于监测机器的器具的系统的框图；

图3示出了根据本发明的实施例的具有器具处于伸出位置的机器；

图4示出了根据本发明的实施例的具有器具处于内缩位置的机器；

图5示出了根据本发明的实施例的机器的器具的摆动路径；

图6示出了根据本发明的实施例的器具的更新的摆动路径；

图7示出了根据本发明的实施例，显示摆动路径的一部分以及位于器具的摆动路径内的对象的视觉指示的机器的驾驶室；

图8示出了根据本发明的实施例的机器的驾驶室，其显示更新的摆动路径的一部分以及器具的更新的摆动路径内没有任何对象的视觉指示；并且

图9示出了根据本发明的实施例的用于监测机器的器具的方法的示例性流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其示例在附图中示出。在所有附图中，尽可能使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

本发明涉及用于监测机器的器具的运动的系统和方法。图1示出了在工地102处操作的示例性机器100。机器100沿着机器100的长度限定纵向轴线101。工地102可以包括例如矿区、填埋地、采石场、建筑工地或任何其他类型的工地。在本发明的一些实施例中，机器100包括被配置成运动以执行挖掘和/或倾倒操作的器具104。如图1所示，机器100实施为具有器具104的液压挖掘机，器具104配置成从工地102的一个位置移除/挖掘材料并在工地102的另一个位置倾倒材料。然而，在各种其他实施例中，机器100可以是具有可运动器具或任何其他可运动部件的任何其他机器，例如翻斗车的翻斗车身、铰接式卡车的后框架等。此外，机器100可以是有人操纵的机器或无人操纵的机器。在一些实施例中，机器100可以是具有各种自主水平的机器，例如全自主机器、半自主机器、远程操作机器或远程监督机器。

如图1所示，机器100可包括下框架106、上框架108、发电单元110、驾驶舱室112和用于在工地102推进机器100的诸如履带或车轮的多个牵引装置114。上框架108可旋转地安装在下框架106上并且配置成绕摆动轴线116旋转，以使器具104从挖掘位置旋转和运动到倾倒位置并返回到挖掘位置。

发电单元110可以包括发动机或电动机形式的动力源118，该动力源118配置成产生动力以操作机器100的各种部件。此外，驾驶室112可以是外壳，其可以包括电子面板、显示器、按钮、操纵杆和各种其他物理可致动实体中的一个或多个。还可以设想，在远程操作机器100的情况下，驾驶室112可以远程定位。

器具104包括臂120、杆122和作业工具124，其配置成通过使用一个或多个液压致动器而运动。臂126的端部可在枢转接头(未示出)处联接到机器100的上框架108，而臂120的另一端在枢转接头126处联接到杆122。杆122的另一端可在枢转接头128处联接到作业工具124。通常，臂120与机器100(例如相对于机器100的纵向轴线101)形成臂角度(示为角度A)，并与杆122形成示为角度B的杆角度，其可根据臂120和杆122的各种高度水平和位置而变化。

如图所示，作业工具124为铲斗或挖掘机的形式。然而，在本发明的其他实施例中，机器100可以采用其他类型的作业工具，例如但不限于刀片、刮刀、抓斗等。如图1所示，作业工具124可包括多个刀片130。作业工具124配置成相对于杆122在关闭位置和打开位置之间运动，从而变化杆122和作业工具124之间的作业工具角度，示出为角度C。可以设想，当机器100操作以在工地102处执行各种操作时，臂角度(角度A)、杆角度(角度B)和作业工具角度(角度C)中的一个或多个可以变化。在操作机器100时，机器100的操作员需要知道机器100的周围环境，以适应这些变化并自由地操作器具104。

在本发明的一些实施例中，机器100包括用于监测和控制器具104的操作以及机器100的其他操作的控制系统200。控制系统200可以包括适当的逻辑、电路和/或接口，这些逻辑、电路和/或接口被配置成控制机器100在工地102处的各种操作。另外，控制系统200可以配置成监测工地102，并因此控制机器100的操作。本领域的普通技术人员将理解，本发明的范围不限于包括设置在机器100上的控制系统200。在一些实施例中，在不脱离本发明的范围的情况下，控制系统200或控制系统200的部分可相对于机器100远程地实施。在下面的描述中，参照图2至图9进一步更详细地解释控制系统200。

现在参考图2，控制系统200包括控制器201、存储器装置202、输出装置204、一个或多个器具传感器206以及一个或多个对象检测模块208。另外地或可选地，控制系统200可以包括更少或额外的元件。

控制器201可通信地耦合到存储装置202、输出装置204、一个或多个执行传感器206和对象检测模块208。控制器201被配置成执行存储在存储器装置202中的指令以执行预定操作。例如，控制器201可以被配置成控制工地102处的机器100的操作。控制器201可以使用一种或多种控制器技术来实现，例如专用集成电路(ASIC)、精简指令集计算(RISC)技术、复杂指令集计算(CISC)技术等。

存储器装置202被配置成存储一组指令，该组指令可由控制器201执行以执行预定操作(例如，控制机器100的操作)。存储器装置202可包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器(HDD)、以及安全数字(SD)卡。输出装置204被配置成基于从控制器201接收的指令以音频、视频、文本和/或任何其他形式的输出的形式向机器100的操作员提供输出。输出装置204可以定位在机器100的驾驶室112内和/或可以相对于机器100和工地102远程定位。在一些实施例中，输出装置204可包括定位在机器100的驾驶室112内的显示装置212。可替代地或另外地，输出装置204可以包括位于驾驶室112内的音频输出装置、文本输出装置等。

在一些实施例中，一个或多个器具传感器206可定位在器具104上，诸如臂120、杆122、作业工具124和/或液压致动器上。可替代地，一个或多个器具传感器206可以定位在上框架108的前端上，邻近机器100的摆动轴线116。该一个或多个器具传感器206可以被配置成监测(或获得)与机器100的器具104相关联的一个或多个器具参数。该一个或多个器具传感器206中的每一个被配置成产生并向控制器201传送包括所监测的一个或多个器具参数的信号。在本发明的一些实施例中，该一个或多个器具参数可以包括臂120的角度(或显示为角度A的臂角度)、杆122的角度(或在图1和图3中显示为角度B的杆角度)以及作业工具124的角度(或显示为角度C的作业工具角度)、臂120的长度、杆122的长度等中的一个或多个。

一个或多个器具传感器206的示例可包括但不限于加速度计、陀螺仪、LIDAR(光检测和测距)传感器、雷达传感器、感知传感器、单相机传感器、立体相机传感器、缸位置传感器等。该一个或多个器具传感器206可以定位在机器100和/或器具104的液压致动器上，并且可以被配置成产生信号并将该信号传输到控制器201，该信号包括所监测的臂角度(示为角度A)、杆角度(示为角度B)、作业工具角度(示为角度C)、臂120的长度、和/或杆122的长度等。

根据本发明的实施例，控制器201可通信地耦合到一个或多个器具传感器206并且被配置成接收与器具104相关联的监测的一个或多个器具参数。控制器201可基于从一个或多个器具传感器206接收的监测的一个或多个器具参数进一步确定机器100的摆动轴线116与从机器100伸出的器具104的尖端之间的距离D(例如图3所示的距离D)。器具104的尖端可以被限定为器具104上的离机器100的前端最远的点，该前端沿着机器100的纵向轴线101。可以设想，从机器100伸出的器具104的尖端可以根据臂120、杆122和作业工具124的位置而变化。

在一些实施例中，距离D在限定在机器100的摆动轴线116上的第一端点与限定在从机器100伸出的器具104的尖端处的第二端点之间确定。例如，当作业工具124处于打开位置并且臂120和杆122也处于其伸展位置时，其中杆角度(角度B)在90度和180度之间(如图3所示)，作业工具124的刀片130对应于用于测量距离D的第二端点。此外，当作业工具124处于关闭位置时(如图4所示)，臂120和杆122之间的枢转接头126变为用于测量距离D(在图4中表示为D’)的第二端点。可以设想，距离D随着器具104和/或作业工具124运动到打开位置而增加。因此，可以设想，图3中所示的距离D将大于图4中所示的距离D’。虽然在此仅示出和描述了两个距离示例，即距离D和D’，但是可以理解，距离测量的进一步变化也是可能的，并且在所要求保护的主题的范围内。

在一些实施例中，控制器201被配置成接收所监测的臂角度(角度A)、杆角度(角度B)、和/或作业工具角度(角度C)、臂120的长度、杆122的长度)，并且随后基于所接收的数据确定从机器100伸出的器具104的尖端与机器100的摆动轴线116之间的距离D、D’。例如，控制器201可被配置成基于存储在存储装置202中的查找表来确定距离D、D’，该查找表具有距离D、D’的值，其中D、D’在从机器100伸出的器具104的尖端与机器100的摆动轴线116之间，该值对应于臂角度(角度A)、杆角度(角度B)和作业工具角度(角度C)以及臂120和杆122的长度等的各种值。可以设想，在不偏离所要求保护的主题的范围的情况下，还可以使用计算和/或确定距离D、D’的其他方法，例如三角方程。

此外，控制器201配置成基于从一个或多个器具传感器206接收的监测的一个或多个器具参数来确定可运动部件(即，机器100的器具104)的运动范围。在一些实施例中，运动范围是可旋转器具104的圆形摆动路径，并且控制器201被配置成基于机器100的摆动轴线116与从机器100伸出的器具104的尖端之间的所确定的距离D、D’来确定器具104的圆形摆动路径。此外，控制器201被配置成在与机器100相关联的显示装置212上显示器具104的所确定的运动范围的视觉表示。例如，定位在驾驶室112内或远程定位的操作员可观察器具104的运动范围并相应地操作机器100。图5中描绘了机器100的器具104的示范性运动范围，即，圆形摆动路径502。

此外，控制器201配置成基于延伸出机器100的器具104的尖端与机器100的摆动轴线116之间的距离D、D’来确定圆形摆动路径502的半径R。在本发明的一些实施例中，摆动路径502的半径R等于或大于所确定的距离D、D’，以在工地102处操作机器100的器具104时具有足够的余量。

在本发明的一些实施例中，摆动路径502的视觉表示显示在与机器100相关联的显示装置212上。在一个示例中，摆动路径502的视觉表示是在定位在机器100的驾驶室112内的显示装置212上显示的三维(3-D)增强现实表示(例如图7和图8中所示)。在一些实施例中，显示装置212可以在驾驶室112的窗口(例如图7和8中所示的窗口702)上实现，并且摆动路径502的3-D增强现实表示显示在机器100的窗口上。附加地或可选地，显示装置212可以定位在驾驶室112内的中央控制台(未示出)上。在一些实施例中，摆动路径502的视觉表示可以是显示在显示装置212上的标准二维(2-D)视图。

此外，一个或多个对象检测模块208可以定位在机器100上并且被配置成在工地102处检测接近机器100的对象。对象的示例可以包括另一机器、人或在工地102处存在于机器100附近的任何其他对象。在本发明的一些实施例中，控制系统200包括围绕机器100的周边(在图5中清楚地示出)布置的多个对象检测模块208，例如对象检测模块208-1、208-2...208-n(以下统称为对象检测模块208)。在一些实现方式中，对象检测模块208可使用包括传感器装置和收发器的感测模块来实现，所述传感器装置和收发器配置成检测在机器100附近检测到的对象，并发送和接收与在机器100附近检测到的对象有关的数据，例如位置数据。与检测到的对象有关的位置数据可以包括但不限于对象离机器100的距离，对象在工地102处的位置的坐标等。

每个对象检测模块208具有各自的覆盖区域，该覆盖区域在三维(3D)空间中从各自的对象检测模块向外延伸。对象检测模块208中的每一个经配置以检测在其相应的覆盖区域内的对象(例如图5中所示的对象504)。在本发明的一些实施例中，对象检测模块208可以包括一个或多个传感器(诸如雷达传感器、LIDAR(光检测和测距)传感器等)，其被配置成响应于检测到其相应覆盖区域内的对象而生成信号。该信号包括与检测到的对象有关的位置数据，例如各个对象检测模块208与检测到的对象之间的至少近似距离的指示，从而指示检测到的对象与机器100之间的距离(因为对象检测模块208位于机器100上)。在一些实施例中，对象检测模块208可以包括超声接近传感器或激光器以产生接近信号。

可替代地或另外地，对象检测模块208可定位在工地102上，定位靠近机器100的一个或多个对象。例如，对象检测模块208可包括摄像机和GPS(全球定位系统)检测器，识别存在于机器100附近的对象。在这种情况下，位置数据可以包括检测到的在机器100附近的对象的位置的GPS坐标。在一些实施例中，每个对象检测模块208可以彼此相同。在一些实施例中，对象检测模块208可以彼此不同。

此外，控制器201配置成从一个或多个对象检测模块208接收与在机器100附近检测到的至少一个对象504(图5中所示)相关联的位置数据。在一个示例中，当对象检测模块208定位在机器100上时，位置数据可包括对象504与机器100之间的距离D1。控制器201可另外接收与相应的对象检测模块208相关联的身份信息(例如唯一识别符和对象检测模块208在机器100上的定位)和关于相应的对象检测模块208的覆盖范围的信息，以及来自对象检测模块208中的每一者的位置数据。在图5所示的示例中，对象检测模块208-3检测其覆盖区域506内的对象504，并生成包括对象504和机器100之间的距离D1的信号并将其发送到控制器201。另外，控制器201被配置成基于从对象检测模块208-3接收的标识信息和覆盖范围信息来识别对象检测模块208-3及其覆盖范围506。

此外，控制器201配置成检测对象504是否位于器具104的运动范围内(即，器具104的摆动路径502)。在一些实施例中，控制器201将对象504和机器100之间的距离D1与阈值进行比较，并且如果距离D1小于或等于阈值，则控制器201确定对象504位于器具104的运动范围内，即摆动路径502。在本发明的一些实施例中，阈值等于或大于器具104的摆动路径502的半径R，以适应器具104的足够的操作范围。

在一些替代实施例中，位置数据可以包括工地102内的对象504的位置坐标(例如GPS坐标)，以下称为位置坐标。在这种情况下，控制器201可配置成基于对象504和机器100的位置坐标来确定对象504和机器100之间的距离D1。随后，当距离D1小于或等于阈值时，控制器201可将所确定的距离D1与阈值进行比较，并确定对象504位于器具104(即，器具104的摆动路径502)的运动范围内。

在一些其他实施例中，控制器201可以被配置成确定器具104的所确定的运动范围(即，摆动路径502)的位置坐标(例如GPS位置坐标)和所检测到的对象504的位置坐标。可以基于工地102、机器100和器具104的GPS位置坐标来确定运动范围的位置坐标。器具104的运动范围的位置坐标还可基于从一个或多个器具传感器206接收的一个或多个监测的器具参数。此外，基于机器100的位置坐标、器具104的运动范围(即，摆动路径502)和对象504，控制器201可检测对象504的位置是否位于器具104的运动范围的位置坐标内。可以设想，本说明书和所要求保护的主题不旨在限于前述检测位于器具104的运动范围内的对象504的方法，并且还可以实施其他方法而不偏离所要求保护的主题的范围以实现类似的结果。

在一些实施例中，控制器201被配置成显示指示存在于运动范围内，即器具104的摆动路径502，的对象504的视觉指示。在一个示例中，可以在显示的器具104的运动范围的视觉表示内提供视觉指示。在一些实现方式中，可以提供对象504所在的运动范围(即，摆动路径502)的所显示的视觉表示的部分的颜色编码的指示。例如，所显示的摆动路径502的视觉表示的位于检测对象504的对象检测模块208-3的覆盖范围内的部分508可以用红色进行颜色编码或突出显示，以向机器100的操作员指示障碍区(如图7所示)。而摆动路径502的所显示的视觉表示的其他部分(其中没有检测到对象)可以用绿色进行颜色编码或突出显示(如图8所示)以指示无阻碍区。

在本发明的一些其他实施例中，控制器201可以被配置成基于与对象504相关联的位置数据在器具104的运动范围(即，摆动路径502)的所显示的视觉表示上显示所检测到的对象504的附加视觉符号。例如，控制器201可以使用所检测到的对象504的GPS位置坐标并且将对象504的视觉符号叠加在摆动路径502的视觉表示上以及在与机器100相关联的显示装置212上显示的部分508的颜色编码的视觉指示上。

虽然视觉指示被描述为摆动路径502的所显示的视觉表示的部分508的颜色编码以指示位于其中的对象504，但是可以很好地设想，所检测到的对象504的视觉指示也可以是指示对象504位于摆动路径502内的视觉符号，而不偏离所要求保护的主题的范围。

在一些实施例中，显示装置212可以在驾驶室112的窗口702上实现为三维(3D)增强现实显示器，其可以由操作员通过3-D眼镜观看。在这种情况下，本领域的普通技术人员可以想到，机器100可以另外包括其他部分，例如投影仪，面向相机的操作员等(未示出)，以在窗口702上实现3D增强现实显示。为了本发明的简洁起见，在本文中不再更详细地描述这样的附加部件。在不偏离所要求保护的主题的范围的情况下，也可以使用其他3-D显示装置来实现类似的结果。可替代地，显示装置212可以在位于驾驶室112内部和/或远离驾驶室112的标准二维屏幕上实现。

此外，控制器201被配置成连续地接收来自一个或多个器具传感器206和对象检测模块208的输入，并且控制器201被配置成动态地更新器具104的运动范围(即，摆动路径502)的所显示的视觉表示，以便更新运动范围，即更新的摆动路径502’，如图6所示。此外，控制器201被配置成相应地更新指示器具104的更新的运动范围内存在的对象504的视觉指示，即器具104的更新的摆动路径502’。

在机器100在工地102的操作期间，器具104可从一个位置运动到另一个位置，因此，控制器201可检测从一个或多个器具传感器206接收的监测的一个或多个器具参数的变化。例如，作业工具124和/或臂120和/或杆122的位置变化可导致在从机器100延伸出的器具104的尖端与机器100的摆动轴线116之间测量的距离D变化至距离D’(示于图4中)。可以设想，控制器201可以基于作业工具124、杆122和/或臂120相对于机器100的变化的位置，以与前述类似的方式确定更新的距离D’。可替代地，在不偏离所要求保护的主题的范围的情况下，可以使用确定器具104的从机器100伸出的尖端与机器100的摆动轴线116之间的更新距离D’的任何其他方法。

此外，控制器201配置成基于从机器100伸出的器具的尖端与机器100的摆动轴线116之间的更新的距离D’重新计算器具104的更新的运动范围，即更新的摆动路径502’，其具有更新的半径R’。随后，控制器201被配置成在与机器100相关联的输出装置204(即，显示装置212)上显示更新的运动范围(即，更新的摆动路径502’)的视觉表示。

如图5和图6所示，对象504存在于器具104的运动范围(即，摆动路径502)内，因此摆动路径502的所显示视觉表示的对象504所在的部分508，被颜色编码为红色以指示器具104的障碍区和/或另外包括显示在其中的对象504的视觉符号。然而，对于器具104的更新的运动范围，控制器201再次检测对象504是否位于更新的运动范围内或者是否有任何新的对象位于更新的运动范围或更新的摆动路径502’内。因此，控制器201被配置成显示更新的运动范围(即，更新的摆动路径502’)的视觉表示以及指示对象504和/或位于更新的摆动路径502’内的任何其他对象的更新的视觉指示。在图6所示的示例中，控制器201确定机器100与对象504之间的距离D1大于更新的阈值(等于或大于更新的摆动路径502’的更新的半径R’)。因此，检测到对象504不位于器具104的更新的摆动路径502’内。因此，更新的摆动路径502’的视觉表示的部分508’与指示器具104的更新的摆动路径502’内不存在对象的更新的视觉指示一起显示。例如，部分508’可以是颜色编码的绿色以指示用于机器100的器具104的清洁操作区域。

类似地，如果机器100上的任何其他对象检测模块208检测到其覆盖区域内的另一对象，则控制器201确定相应对象检测模块208与该对象之间的距离小于更新的摆动路径502’的半径R’。然后，更新的摆动路径502’的对应部分(基于相应对象检测模块208的覆盖区域)可以与指示该区域中存在的对象的视觉指示一起显示。因此，在所显示的更新的运动范围，即摆动路径502’，的视觉表示中的对应部分，可以颜色编码为红色以指示器具104的阻碍区，并且可以另外包括所检测到的其他对象的视觉符号。

工业实用性

当机器100在工地102处操作以执行挖掘和倾倒操作时，上框架108相对于下框架106围绕摆动轴线116旋转，由此使器具104旋转以执行各种操作。在操作时，机器100的操作员需要知道机器100和器具104的周围环境以在工地102自由地操作器具和机器。

图9示出了用于监测机器100的器具104的示范性方法900。方法900可以由控制器201执行以监测器具104及其周围环境，从而在工地102处自由地操作器具。

最初，在步骤902，从定位在机器100和/或器具104上的一个或多个器具传感器206接收一个或多个器具参数。例如，一个或多个器具参数包括臂角度(角度A)、杆角度(角度B)和作业工具角度(角度C)、臂120的长度、杆122的长度等中的一个或多个。在一些实施例中，控制器201可基于所接收的器具参数确定机器100的摆动轴线116与从机器100伸出的器具的尖端之间的距离D、D’(在图3和4中示出)。

在步骤904，基于所接收的一个或多个器具参数确定器具104的运动范围。例如，器具104的运动范围可以是器具104的圆形摆动路径502。在一些实施例中，基于延伸出机器100的器具104的尖端与机器的摆动轴线116之间的距离D、D’来确定圆形摆动路径502的半径R(如图5所示)。例如，摆动路径502的半径R等于或大于所确定的距离D、D’。基于该距离D、D’，该圆形摆动路径502是围绕具有半径R的摆动轴线116绘制的。在一些实施例中，可以在与机器100相关联的显示装置212上进一步显示器具104的所确定的运动范围(即，摆动路径502)的视觉表示。

此外，在步骤906处，检测到位于器具104的所确定的运动范围内的至少一个对象，例如对象504(在图5中示出)。例如，一个或多个对象检测模块208可以检测一个或多个对象，例如靠近机器100的对象504，并将与检测到的对象504有关的位置数据传送到控制器201。在一个示例中，对象检测模块208可定位在机器100上，并且位置数据可包括对象504与机器100之间的距离D1。可替代地或附加地，对象检测模块208可以定位在工地102上，并且位置数据可以包括对象504在工地102内的位置坐标(例如GPS位置坐标)。在这种情况下，控制器201可以基于对象504和机器100的GPS位置坐标来确定对象504和机器100之间的距离D1。此外，将对象504与机器100之间的距离D1与阈值进行比较，以检测对象504是否位于器具104的运动范围(即，摆动路径502)内。如前所述，阈值等于或大于所确定的摆动路径502的半径R。例如，当距离D1小于阈值时，则检测到对象504位于器具104的运动范围内。类似地，当距离D1大于阈值时，则检测到对象504不位于器具104的运动范围内。在一些其他实施例中，由控制器201接收的运动范围的GPS位置坐标(即摆动路径502)、机器100和对象504，可以用于检测对象504是否位于摆动路径502中。

在步骤908，在与机器100相关联的显示装置212上显示所确定的运动范围的视觉表示以及指示对象504位于该运动范围内的视觉指示。在一些实施例中，摆动路径502的视觉表示可以是显示在显示装置212上的三维(3D)增强现实表示。此外，在一些实施例中，对象504的视觉指示可以包括对摆动路径502的视觉表示中对象504所在的部分508进行颜色编码。例如，摆动路径502的视觉表示中对象504所在的部分508可以用红色进行颜色编码。另一方面，摇摆路径502的视觉表示中不存在对象的部分可被颜色编码为绿色。此外，在一些实施例中，基于与对象504相关联的位置数据，还可以在所显示的摆动路径502的视觉表示内显示所检测到的对象504的视觉符号。例如，控制器201可以使用所检测到的对象504的位置坐标并且将对象504的视觉符号叠加在与机器100相关联的显示装置212上的摆动路径502的所显示的视觉表示上。

在步骤910，控制器201检测一个或多个器具参数的变化。可以设想，在机器100在工地102处的操作期间，器具104可以从一个位置运动到另一个位置，并且因此，一个或多个器具参数可以变化。一个或多个器具参数的变化可以包括但不限于作业工具124、臂120和/或杆122的位置的变化，臂角度(角度A)、杆角度(角度B)和作业工具角度(角度C)。任何器具参数的任何变化都导致器具104的从机器100伸出的尖端与摆动轴线116之间的距离D的变化，例如到距离D’。

因此，在步骤912，基于一个或多个器具参数的变化来确定运动的更新范围。在一些实施例中，从机器100伸出的器具104的尖端与摆动轴线116之间的变化的距离D’导致更新的半径R’，由此变化运动范围，即摆动路径502到更新的摆动路径502’。例如，控制器201基于从机器100伸出的器具104的尖端与机器100的摆动轴线116之间的更新距离D’重新计算具有更新半径R’的更新摆动路径502’。

此外，在步骤914，以与步骤906中所执行的类似的方式，再次确定对象504或任何其他对象是否位于器具104的运动的更新范围内。例如，对象检测模块208可以连续地确定靠近机器100的任何对象，并发送包括靠近机器100检测到的任何对象的位置数据的信号。基于从对象检测模块208接收的位置数据，确定被检测的对象与机器100之间的距离，并与更新的阈值(基于更新的摆动路径502’的更新的半径R’而更新)进行比较，以确定对象是否位于更新的摆动路径502’内。

此外，在步骤916，在与机器100相关联的显示装置212上显示更新的运动范围的视觉表示以及指示位于更新的运动范围内的对象的更新的视觉指示。例如，如果在更新的摆动路径502’内没有对象，则更新的摆动路径502’的视觉表示可被颜色编码为绿色以指示器具104的清洁操作区域。类似地，如果在更新的摆动路径502’内检测到另一对象，则更新的摆动路径502’的视觉表示的对应部分可被颜色编码为红色以指示器具104的阻碍区。

监测器具104的系统200和方法800便于连续监测器具104的位置、其周围环境，并帮助操作员识别存在于器具104和机器100的操作范围内的任何对象，并因此控制机器100的操作。

虽然已经参照上述实施例具体描述和叙述了本发明的各方面，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离所公开的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和方法的修改来设想各种附加实施例。这些实施例应当被理解为落入基于权利要求及其任何等同物所确定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于监测机器(100)的器具(104)的方法，所述方法包括：

由控制器(201)接收与器具(104)相关联的一个或多个器具参数，所述一个或多个器具参数从一个或多个器具传感器(206)接收；

由所述控制器(201)基于所述一个或多个器具参数确定所述器具(104)的运动范围(502)；

由所述控制器(201)并且使用一个或多个对象检测模块(208)检测到至少一个对象(504)位于所述器具(104)的运动范围(502)内；

由所述控制器(201)并且在与所述机器(100)相关联的显示装置(212)上显示所述器具(104)的所确定的运动范围(502)的视觉表示，所述视觉表示具有指示位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内的所述至少一个对象(504)的视觉指示；

由所述控制器(201)检测所述一个或多个器具参数中的至少一个器具参数的一个或多个变化；

由所述控制器(201)基于检测到的所述一个或多个变化来确定所述器具(104)的更新的运动范围(502’)；

由所述控制器(201)并且使用所述一个或多个对象检测模块(208)来确定所述至少一个对象(504)是否位于所述器具(104)的所述更新的运动范围(502’)内；以及

由所述控制器(201)并且在所述显示装置(212)上显示所述器具(104)的所述更新的运动范围(502’)的视觉表示，所述视觉表示具有指示所述至少一个对象(504)是否位于所述更新的运动范围(502’)内的更新的视觉指示。

2.根据权利要求1的方法，其中检测所述至少一个对象(504)位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内包括：

由所述控制器(201)从所述一个或多个对象检测模块(208)接收与所述至少一个对象(504)相关联的位置数据，所述位置数据包括所述至少一个对象(504)与所述机器(100)之间的距离(D1)；以及

当所述至少一个对象(504)与所述机器(100)之间的距离(D1)小于或等于阈值时，由所述控制器(201)检测所述至少一个对象(504)位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内。

3.根据权利要求1的方法，其中检测至少一个对象位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内包括：

由所述控制器(201)从所述一个或多个对象检测模块(208)接收具有所述至少一个对象(504)的位置坐标的位置数据，

由所述控制器(201)基于所述至少一个对象(504)的位置坐标确定所述至少一个对象(504)与所述机器(100)之间的距离(D1)；以及

当所述距离(D1)小于或等于阈值时，由所述控制器(201)确定所述至少一个对象(504)位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内。

4.根据权利要求1的方法，其中所述器具(104)包括联接到所述机器(100)的臂(120)、联接到所述臂(120)的杆(122)和联接到所述杆(122)的作业工具(124)，并且其中所述一个或多个器具参数包括以下中的一个或多个：

所述杆(122)与所述作业工具(124)之间的角度，所述臂(120)与所述机器(100)之间的角度，

所述杆(122)与所述臂(120)之间的角度；

所述臂(120)的长度，或

所述杆(122)的长度。

5.根据权利要求4的方法，其中所述器具(104)的所述运动范围(502)是所述器具(104)的摆动路径，并且其中确定所述器具(104)的所述运动范围(502)包括由所述控制器(201)基于所述一个或多个器具参数确定所述摆动路径(502)的半径(R)。

6.根据权利要求1的方法，其中显示所述更新的视觉指示包括：

由所述控制器(201)接收与所述至少一个对象(504)相关联的更新的位置数据，所述更新的位置数据包括所述至少一个对象(504)与所述机器(100)之间的更新的距离；以及

由所述控制器(201)在显示装置(212)上显示所述更新的视觉指示，所述更新的视觉指示基于所述更新的位置数据并且当所述更新的距离小于或等于阈值时指示位于所述器具(104)的所述更新的运动范围(502’)内的至少一个对象(504)。

7.根据权利要求1的方法，其中所述显示装置(212)是在所述机器(100)的窗口上实施的三维增强现实显示，并且其中所显示的所述器具(104)的所述运动范围(502)的所述视觉表示以及所述器具(104)的所述更新的运动范围(502’)和指示位于所述运动范围(502)内的所述至少一个对象(504)的视觉指示和所述更新的运动范围(502’)是三维增强现实表示。

8.一种用于监测机器(100)的器具(104)的系统(200)，所述系统(200)包括：

一个或多个器具传感器(206)，被配置成监测与所述器具(104)相关联的一个或多个器具参数；

一个或多个对象检测模块(208)，被配置成检测邻近所述机器(100)的至少一个对象(504)并且生成包括与所述至少一个对象(504)相关联的位置数据的信号；以及

控制器(201)，能够通信地耦合到所述一个或多个器具传感器(206)和所述一个或多个对象检测模块(208)，所述控制器(201)被配置成：

从所述一个或多个器具传感器(206)接收与所述器具(104)相关联的所述一个或多个器具参数；

基于所述一个或多个器具参数确定所述器具(104)的运动范围(502)，

使用所述一个或多个对象检测模块(208)基于与所述至少一个对象(504)相关联的位置数据来检测至少一个对象(504)位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内；

在与所述机器(100)相关联的显示装置(212)上显示所述器具(104)的所确定的运动范围(502)的视觉表示，所述视觉表示具有指示所述至少一个对象(504)位于所述运动范围(502)内的视觉指示；

检测所述一个或多个器具参数中的至少一个器具参数的一个或多个变化；

基于所检测到的一个或多个变化来确定更新的运动范围(502’)；

使用所述一个或多个对象检测模块(208)确定所述至少一个对象(504)是否位于所述器具(104)的所述更新的运动范围(502’)内；以及

在所述显示装置(212)上显示所述器具(104)的所述更新的运动范围(502’)的视觉表示，所述视觉表示具有指示所述至少一个对象(504)是否位于所述更新的运动范围(502’)内的更新的视觉指示。

9.根据权利要求8的系统(200)，其中所述位置数据包括所述至少一个对象(504)与所述机器(100)之间的距离(D1)，并且其中所述控制器(201)被配置成当所述至少一个对象(504)与所述机器(100)之间的所述距离(D1)小于或等于阈值时，检测所述至少一个对象(504)位于所述器具(104)的所述运动范围(502)内。

10.根据权利要求8的系统(200)，其中所述器具(104)包括联接到所述机器(100)的臂(120)、联接到所述臂(120)的杆(122)以及联接到所述杆(122)的作业工具(124)，并且其中所述一个或多个器具参数包括以下中的一个或多个：

所述杆(122)与所述作业工具(124)之间的角度，

所述臂(120)与所述机器(100)之间的角度，

所述杆(122)与所述臂(120)之间的角度，

所述臂(120)的长度，或

所述杆的长度(122)。

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